力学超材料是一种经过精心设计的人造材料，能够展现出超越自然材料的优异力学性能。这些独特特性主要源自其结构设计，而非材料本身。作为力学超材料的重要分支，负泊松比超材料因其反直觉的变形行为（在拉伸时横向膨胀、在压缩时横向收缩）而备受关注。凭借这一负泊松比效应，该类超材料表现出高剪切模量、曲面同向性和优异的抗冲击性能等特性，在生物医学、防护装置、车辆安全、传感器及驱动器等领域具有广阔的应用前景。
负泊松比超材料的分类
根据负泊松比超材料的拓扑结构与力学性能之间的关系，可将其分为三大类：内凹结构、手性结构和旋转刚体结构。这些基本结构为满足日益复杂的工程需求奠定了基础。随着负泊松比超材料的进一步发展，又衍生出多种功能结构，如穿孔板结构、折纸结构和负泊松比织物等。此外，本文还总结了其他负泊松比结构和新兴设计策略，以促进该领域的创新和进步。
图2. 负泊松比超材料的分类。“知识树”的主干由负泊松比超材料的三种基本结构组成，包括内凹、手性和旋转刚体结构。从主干分支出来衍生功能结构，包括穿孔板结构、折纸结构和负泊松比织物。
制备方法
随着制造技术的不断发展，负泊松比超材料的制备方法日益多样化。目前，主要的制造方法包括负泊松比泡沫制造、增材制造、减材制造、等材制造和离散组装等。这些技术能够实现复杂结构的精确制造，为负泊松比超材料的广泛应用奠定了基础。
力学性能
负泊松比超材料展现出卓越的力学性能，如抗剪切性、抗断裂性能、曲面同向性以及出色的能量吸收能力。这些特性主要源于其独特的变形机制，使其在工程领域展现出广阔的应用前景。
应用领域
尽管负泊松比超材料展现出了巨大的应用潜力，但目前仍面临一些挑战。首先，如何实现可定制化的负泊松比变形以及兼顾多种功能是当前研究的重点。其次，将机器学习技术融入负泊松比超材料的设计中，能够提升设计效率，拓展分级和多尺度设计的可能性，从而促进可调泊松比超材料的开发。此外，复杂的结构设计和制造工艺限制了负泊松比超材料的大规模生产和应用。最后，耐久性和成本问题也是限制其广泛应用的关键因素，因此未来研究应聚焦于提高超材料的可靠性和降低成本。随着材料科学、力学和制造技术的不断进步，负泊松比超材料有望在更多领域实现突破性应用，为现代科技的发展提供新的动力与解决方案。
图3. 负泊松比超材料在需求、设计、制造和应用方面的未来发展。
论文链接：
Mechanical metamaterials with negative Poisson’s ratio: A review, Zhang L, Yan S, Liu W, Liu Y, Cai W, Zhang Z, Zhou J. Eng. Struct.
DOI: 10.1016/j.engstruct.2025.119838
https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2025.119838
